分析氣動釘槍內(nèi)部流場piv實驗測量系統(tǒng)的設(shè)計

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1、2012年1月中國制造業(yè)信息化第41卷第1期氣動釘槍內(nèi)部流場PIV實驗測量系統(tǒng)的設(shè)計徐曉初，章巧芳，彭偉，宮林林，翁金學(xué)(特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部／浙江省重點實驗室(浙江工業(yè)大學(xué))，浙江杭州摘要：在氣動釘槍氣動原理研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國某款氣動釘槍的結(jié)構(gòu)特點和PIV光路布置的需要，設(shè)計并制作出一款可供PIV測試的氣動釘槍。另外，為確保實驗的精度和可操作性，實驗還設(shè)計一些輔助裝置，包括固定裝置、自動打釘裝置以及同步控制系統(tǒng)等。探索出一套適合氣動釘槍內(nèi)部流場PIV測試研究的實驗系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：Pl

2、V；氣動釘槍結(jié)構(gòu)改進(jìn)；固定裝置；自動打釘裝置；同步控制中圖分類號：TS914．5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672—1616(2012)01—0064—04氣動釘槍內(nèi)部氣體的流動情況對于氣動釘槍1．1氣動釘槍PIV視窗位置的選擇和設(shè)計性能的影響至關(guān)重要。傳統(tǒng)的實驗方法由于受測加工量精度、模型尺寸、實驗周期等問題的局限，對氣動氣動釘槍PIV視窗位置的選擇，不僅要有代釘槍內(nèi)部復(fù)雜流場分析研究很難實現(xiàn)，只能依靠數(shù)表性能反映內(nèi)部流場特性，而且要符合PIV設(shè)備值方法進(jìn)行模擬分析。隨著粒子圖像測速技術(shù)的測量特點。

3、由氣動釘槍流道結(jié)構(gòu)和工作原理的(PIV)的成熟和發(fā)展_1J，對氣動釘槍內(nèi)部流場進(jìn)行分析可知，平衡閥、外氣室、阻尼孔以及通風(fēng)槽等部準(zhǔn)確可靠的實驗研究成為可能。示蹤粒子顆粒通件附近空間的流場變化比較重要叫J?？紤]到氣過發(fā)生器隨著高壓氣體進(jìn)入氣動釘槍并均勻撒布動釘槍內(nèi)部空間狹小和可拍攝性，選擇3處內(nèi)部空在內(nèi)部流場中，用脈沖激光片光源照射被測流場區(qū)間相對較大的關(guān)鍵部位——平衡閥下側(cè)空間(A域，同時在與激光片光垂直方向通過成像系統(tǒng)在極處)、阻尼孔附近空間(B處)、通氣槽附近空間(C短時間內(nèi)連續(xù)兩次或多次曝光得

4、到粒子圖像，運用處)，在被測位置相互垂直的兩側(cè)分別加工用于激相關(guān)性算法分析粒子圖像，獲得每一小區(qū)域中粒子光器照射的激光孔和用于CCD相機(jī)內(nèi)窺鏡拍攝的圖像的平均位移，進(jìn)而算出被測區(qū)域流場速度分內(nèi)窺鏡孔，具體位置如圖1所示。布。如圖2所示，以A處的PIV視窗開設(shè)為例，在運用PIV測量技術(shù)研究氣動釘槍內(nèi)部流場的需要加工激光孔和內(nèi)窺鏡孔的部位進(jìn)行堆焊，以增過程中，氣動釘槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和一些輔助裝置的設(shè)加槍體強(qiáng)度和安裝部位的厚度。激光視窗安裝位計對于實驗測量研究來說至關(guān)重要。本文主要根置需堆焊出40mm×35r

5、am的凸臺，厚度方向保證據(jù)氣動釘槍流道結(jié)構(gòu)和PIV測量系統(tǒng)的相關(guān)測試堆焊的厚度大于lOmm，內(nèi)窺鏡安裝位置需堆焊原理，在已有氣動釘槍的基礎(chǔ)上設(shè)計改造出適合35mm×30ram的凸臺。在堆焊凸臺上加工一個PIV測量的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一套適合氣動釘槍內(nèi)部流場4ram×21ram的視窗方孔用于激光照射視窗，以及PIV測試研究的實驗測量系統(tǒng)。安裝用的M3螺紋孔4個。選用25mm厚度有機(jī)玻璃，其上加工18mm的凸臺，嵌入堆焊層及槍體中，其余的7mm平整部分用來安裝，通過2mm的1氣動釘槍結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計橡膠平墊片加以密

6、封。內(nèi)窺鏡通過堆焊凸臺上的氣動釘槍具有風(fēng)道截面小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氣壓高、孔安裝到槍體上，通過O形橡膠密封圈加以密封。槍體壁面薄等特點，在結(jié)構(gòu)改進(jìn)的設(shè)計過程中要綜1．2氣動釘槍結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的PIV觀測視野合考慮光路、視窗、測量區(qū)域等核心問題。氣動釘分析槍結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計是成功測量氣動釘槍內(nèi)部流場假設(shè)相機(jī)內(nèi)窺鏡的拍攝角度為50。，并且內(nèi)窺的關(guān)鍵所在j。收稿日期：2011—07—08作者簡介：徐曉初(1987一)，男，浙江樂清人，浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生，主要從事實驗流體力學(xué)及工程方面的學(xué)習(xí)研究?！?yīng)用研究·徐曉初

7、章巧芳彭偉等氣動釘槍內(nèi)部流場PIV實驗測量系統(tǒng)的設(shè)計65l視圖一·激光孔加工要求示意圖且、-1f弋jl＼咖13通孔視圖二內(nèi)窺鏡孔加-E要求示意圖光孔圖1氣動釘槍結(jié)構(gòu)和改上進(jìn)裝一示意圖鏡鏡頭的拍攝點與氣動釘槍的外殼內(nèi)壁平齊，根據(jù)前面的設(shè)計方案，以A處為例，由于氣動釘槍內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點，如氣缸對激光的阻擋等，使得該位置PIV測試只能觀測到徑向15．1mm、軸向21．0mm視圖三各加工孔俯視示意圖的流場空間，如圖3所示。用同樣的方法分析可知，B處能觀測到徑向12．8mm、軸向2：3．0mm的圖2氣動釘槍A處

8、PIV視窗設(shè)計加工示意圖流場空間；C處能觀測到徑向10．9rnm、軸向2．1mm的流場空間。＼悌敲圖3氣動釘槍A處PIV視窗觀測視野示意圖釘過程中槍體振動強(qiáng)烈，甚至產(chǎn)生一定的位移，這2氣動釘槍固定裝置的設(shè)計就使得在測量時，PIv、壩lJ量設(shè)備和氣動釘槍之間不由于氣動釘槍正常工作時沖擊力比較大，在打能有效穩(wěn)定地對齊，直接影響測量結(jié)果，因此需要2012年1月中國制造業(yè)信息化第4l卷第1期設(shè)計一個固定裝置，以減少氣動釘槍在打釘過程中3．2自動打釘裝置打釘頻率的控制的振動，不